35kV高压交联电缆系统接地故障原因分析

知识点：接地故障因素

随着我国工业逐步发展，企业规模越来越大，用电量越来越高，很多大企业均建有高压变电站，其中尤以35KV变电站居多。又因为架空线路占地面积大及充油电缆污染环境、不易维护等原因，加上交联电缆制作工艺日益成熟，多数企业为节约土地、保护环境采用交联电缆作为35KV线路的动力电缆。但是，随着企业35KV线路快速发展的近20年间，多数企业交联电缆线路运行8一10年后故障率（80％以上是接地故障）居高不下，以致威胁到生产系统的安全。

下面就结合企业供配电系统现状及电缆经验人简单对电缆线路接地故障原因作一下简单分析。

1 、交联电缆与架空线路及充油电缆的区别

交联电缆的绝缘介质是聚乙烯，属于固体绝缘；架空线路及充油电缆的绝缘介质分别为空气及绝缘油，属于流动绝缘。当线路因过电压发生局部放电时，每一种线路都会发生局部放电现象，这种现象称为电晕。这种局部放电会造成输电线路绝缘的局部损伤；但是因为流动绝缘在过电压消失后因其绝缘介质的流动性其绝缘水平会逐步恢复，所以这种损伤只会对固体绝缘造成永久性损伤，因损伤部位绝缘持续降低进而造成交联电缆绝缘的积累性破坏，从而使交联电缆使用寿命下降。

2、系统中过电压从何而来

供电系统中的过电压分为外部过电压及内部过电压。

外部过电压主要指大气过电压，包括直击雷过电压和感应雷过电压。

内部过电压包括工频过电压、谐振过电压、操作过电压。

大气过电压的电压等级往往在500KV左右，对于我国超高压电网绝缘影响不大，但是在35KV系统中，由于其额定绝缘水平往往在3一4 倍线电压，因此大气过电压经常会造成35KV系统相间短路形成事故。

内部过电压中谐振过电压发生在系统构成震荡回路时产生的串联谐振过电压，这种现象一般在投切电容器组时发生。因电容器操作时，运行规程中有防止发生串联谐振的明确规定，因此此种过电压本文不多叙述。

工频过电压分为三种：

（1）       空载长线路电容效应，因企业单位中不存在长距离输电线路，此种效应本文不多叙述。

（2）       非对称接地故障，系统发生单相接地时，非故障相电压由相电压升高为线电压。此种现象发生在系统出现故障后，本文重点讨论接地发生的原因，对这一现象不多叙述。

（3）       甩负荷引起的工频电压升高，因企业单位工艺连锁复杂，任何一项指标达不到都有可能造成系统停车，造成用电负荷降低，短时产生过电压。这种现场在企业单位中很常见。

操作过电压：

（1）    弧光接地过电压，发生在系统接地时，本文随后讨论。

（2）    供电系统中存在很多储能元件（包括电感、电容），因此在短路器分合闸时会形成震荡回路，产生短时过电压，此为操作过电压。这种过电压受供电系统结构影响不可避免。

3，接地事故直接原因

过去35KV及以上电压等级的输电线路均归供电部门管理，其结构以架空线路为主，部分企业35KV及以上电缆线路以充油电缆为主，这两种线路绝缘介质均属于流动性绝缘，在发内部过电压时，其绝缘性能短时受损，但是在过电压消失后会逐渐恢复。因此，早期35KV 系统在过电压防护措施中并未对内部过电压进行明确规定。因沿用旧有标准，在早期交联电缆代替架空线路和充油电缆后，并未及时对内部过电压进行有效的限制措施，而35KV系统内部过电压会对交联电缆的绝缘介质造成不可恢复的破坏，这是造成35KV交联电缆电力线路故障频发的根本原因。 

4，接地事间接原因

交联电缆绝缘介质因其本身在制作过程中存在杂质、气泡等缺陷易造成其电场集中进而导致局部击穿，形成树枝状破坏通道，这是一个极其复杂的电腐蚀过程。交联电缆在其导体与绝缘之间增加一层半导体以排除气隙、平衡电场；同样，在电缆绝缘与外屏蔽之间也有一层半导体。但是，在35KV电缆头制作过程中必然要切除一部分半导体及屏蔽层，以便增加电缆的爬电距离，而高压电缆屏蔽层的主要作用就是改善电缆的电场分布，虽然在电缆头制作过程中绝缘与屏蔽之间增加了一层应力管以改善电力线分布，但因其为手工制作进而存在瑕疵，导致电缆头应力管部位电场分布不均，进而在电缆头部分及其容易产生电树枝。这是交联电缆及其电缆头在制作过程中不可避免的，这是引发交联电缆事故的间接原因。而早期35KV交联电缆线路中对内部过电压缺乏限制措施更加速了电缆绝缘的老化过程，导致运行 8一10年的交联电缆事故频发，又因为电缆头部分为整段电缆线路绝缘的薄弱环节，所以因电缆头击穿造成的接地事故占到交联电缆事故中的80％以上。而交联电缆因其单相接地后存在弧光，极易引起未接地相电缆绝缘的快速老化，进而发展成两相短路、高压断路器跳闸，造成事故扩大。

5．消弧线圈在电缆较多的系统中不能消弧的原因

对于接地事故频发的电缆线路，有些企业基于过去经验采用消弧线膶来消除接地弧光，但是具体使用效果并不理想。我们还是要从电网结构变化人手分析单相接地时的高频振荡电流，当发生单相接地时，因交联电缆其特殊结构，其线间分布电容近似于零，而架空线路的线间分布电容很小故可忽略健全相对故障相的影响，可以认为当系统接地故障时故障相对地分布电容c和线路电感L产生的高频振荡电流〈i)流向故障点。其大小为：

 

因接地故障中存在高频振荡电流，而消弧线圈只能补偿工频电容电流，所以高频振荡电流衰减的快慢将直接影响故障点消弧效果。

首先，交联电缆受结构制约其对地电容远大于架空线路的对地分布电容，因此交联电缆线路中的高频振荡电流远大于工频接地电流。

其次，电缆线路中直流电阻数值很小，相对于接地电阻可以忽略不计。架空线路的接地电阻一般在20一30欧姆，电缆线路接地电阻一般在10欧姆以下；架空线路的绝缘子高一般在200一250mm，电缆线路导体对地距离在5一15mm，显然架空线路的接地电阻与弧光电阻和远大于电缆线路。架空线路的衰减系数比电缆线路的大几十倍，从而架空线路高频振荡电流的衰减速度比电缆线路块几百上千倍。

因此，消弧线圈在交联电缆线路中并不能补偿故障点的高频振荡电流，使故障点电流仍然很大，难以熄灭电弧，更不能消除弧光接地过电压。

6·改进措施

（1）对于系统内部过电压，建议将线路中单纯限制大气过电压的避雷器改为既能限制大气过电压又能限制内部过电压的过电压保护器。

〈2）当发生单相弧光接地故障时，鉴于现有国内交联电缆及35KV 供配电设施绝缘等级均是按线电压标准制作，建议采用消弧柜将非金属性接地转化为金属性接地，这样可以消除弧光接地过电压并满足《电力运行规程》规定，35KV系统在发生单相接地故障后可继续运行

2小时，便于拉路查找故障点，防止事故扩大。

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